Устройство и основные характеристики
видеокарты компьютера
Из статьи читатель узнает об устройстве и основных характеристиках видеокарты, которые нужно учитывать при ее выборе и приобретении.
Видеокарта (видеоадаптер, графическая плата, графический адаптер, графическая карта, GPU, Graphics Processing Unit) – важная и очень сложная составная часть компьютера. Можно сказать, что она является своего рода отдельным специализированным компьютером, состоящим из собственного процессора, оперативной памяти и прочих компонентов, по своей структуре и организации взаимодействия между собой приспособленных для максимально эффективного решения одной задачи – обработки графических данных.
Основными разработчиками видеокарт (графических чипов) являются американские компании Nvidia, AMD и Intel. Ну а выпускать карты этих разработчиков могут разные производители (ASUS, MSI, Gigabyte, Inno3D, Palit и др.), привнося в каждую конкретную модель некоторые изменения. В частности, они могут немного изменять частоту графического процессора и памяти, использовать разные по качеству микросхемы памяти, дроссели, конденсаторы и другие компоненты, делать разные по эффективности системы питания, охлаждения и т.д. Обо всем этом речь пойдет чуть ниже.
Существует два типа видеокарт: игровые и профессиональные. Игровые видеокарты от Nvidia выпускаются под брендом GeForce, профессиональные – Quadro. Игровые карты от AMD называются Radeon, профессиональные – FirePro.
Игровые видеокарты являются более универсальными устройствами. Как правило, они хорошо справляются как с играми, так и с другими задачами. Профессиональные же карты, даже те, которые хорошо показывают себя в трёхмерном моделировании и проектировании, в играх могут выглядеть заметно хуже игровых аналогов. Главный плюс профессиональных карт – специальные драйверы и улучшенная поддержка специализированного программного обеспечения.
Не трудно догадаться, что для домашнего использования лучшим вариантом будет игровая видеокарта.
Устройство видеокарты
Рассмотрим из каких частей состоит видеоадаптер:
- Графический процессор (от англ. GPU (Graphics processing unit) — графическое процессорное устройство, графическое ядро) – занимается расчетами и формированием графической информации, которая выводится на монитор компьютера. GPU — основа видеоадаптера и очень часто превосходит центральный процессор по своей сложности.
- Видеопамять — является своеобразным буфером для временного помещения в него выводимых на монитор изображений, которые создаются и постоянно изменяются графическим ядром.
- Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) (от англ. RAMDAC (Random Access Memory Digital-to-Analog Converter)) – осуществляет преобразование цифровой информации в аналоговый сигнал, который отображается на мониторе ПК. От ЦАП зависит разрешение картинки, частота вертикальной развертки, количество отображаемых цветов. Цифровые мониторы или проекторы, которые подключаются к цифровому разъему видеокарты, используют свои собственные ЦАП и не зависят от RAMDAC видеокарты.
- Видеоконтроллер – устройство, которое отвечает формирование и передачу на RAMDAC необходимой информации из видеопамяти.
- Видео-ПЗУ (Video ROM) – представляет из себя микросхему, которая хранит базовую систему ввода-вывода данной видеоплаты, другими словами, BIOS, и определяет алгоритмы и правила, заданные производителем, используя которые, между собой взаимодействуют различные составные части видеокарты.
- Система охлаждения, которая осуществляет отвод тепла от видеопроцессора, видеопамяти и др. компонентов и его рассеивание, для обеспечения рабочего температурного режима.
Разъемы для подключения в компьютер
Как мы уже отмечали выше, видюхи бывают внешние и встроенные. Рассмотрим немного подробнее особенности внешних видеокарт.
Внешняя видеокарта представляет собой плату расширения и подключается в один из портов на материнской плате.
Наиболее старый разъем для подключения это AGP (от англ. — Accelerated Graphics Port или в переводе – ускоренный графический порт). Довольно редко, но всё-таки его ещё можно встретить на довольно старых компьютерах. Он был разработан компанией Intel сразу после появления процессоров Intel Pentium II и предназначался для соединения видеокарт и материнских плат с целью увеличения быстродействия видеосистемы.
Но сегодня они безнадежно устарели, т.к. имеют очень малую пропускную способность шины (всего до 2.1 Гбайт/сек), при возросших требованиях современных программ и игр. Если в вашем компьютере установлена AGP видеокарта и нужно заменить ее на современную, то ничего не получится. Современные видеоадаптеры используют другой интерфейс – PCI Express x16.
В современных материнских платах отсутствует слот AGP, и все внешние видеокарты подключаются только через интерфейс PCI Express. Скорость шины данного интерфейса намного выше, чем у его предшественника. На сегодняшний день появилась уже третья версия интерфейса — PCI Express 3.0. С ним скорость передачи данных может достигать 16 Гбайт/сек.
Как не ошибиться
Подбор графического адаптера нужно начинать с простого вопроса: почему вы собираетесь его менять. Варианты ответа — не устраивает картинка, выводимая на монитор, не удаётся запускать «большие» игры, программа для дизайна или проектирования требует более мощного оборудования. Специалисты «Службы добрых дел» помогут принять решение, а пока — общие советы, по каким параметрам выбирать видеокарту:
- Область использования. Решите, как вы будете применять новый видеоадаптер. Возможные варианты — сидеть в интернете и смотреть видео на YouTube; играть в ресурсоёмкие игры; работать в специальных программах для графического дизайна; использовать ПК в качестве домашнего кинотеатра.
- Частота процессора. GPU обрабатывает данные, поступающие на карту, направляет их на монитор. Чем выше частота, тем больше операций оборудование может проделать в секунду.
- Оперативная память. В ряду DDR 1–5 возрастает тактовая частота, а значит, и производительность. За тот же показатель отвечают ширина и частота шины.
- Наличие разъёмов. Современная видеокарта для компьютера должна иметь как минимум цифровые порты HDMI и DVI. Не помешают и другие, например, аналоговый D-Sub.
Чем выше все эти показатели, тем производительнее карта — и тем она дороже. «Служба добрых дел» поможет вам выбрать видеоадаптер для домашнего или игрового ПК — без рисков несовместимости оборудования и переплат.
Объем памяти
Объем памяти видеокарты — память необходимая для временного хранение информации, подлежащей транспортировке на обработку в графический процессор.
Об объеме памяти, в отличие от ширины шины, следует сказать следующее — больше не значит лучше. Карта с 8 Гб видеопамяти может быть производительнее карты с 12 Гб. И вот почему: если у карты с 8 ГБ более совершенный GPU (графический процессор), шире шина и более быстрый тип памяти, то и ее производительность будет выше. Поэтому объем памяти — немаловажный, но не решающий фактор.
Отметим, что лучшие современные видеокарты имеют типы памяти GDDR6 или HDM2. Сегодня это самый быстрый тип видеопамяти и видеокартам с таким типом памяти предпочтительнее отдать свой выбор очень требовательному геймеру. В крайнем случае, для игр, выбирайте адаптеры GDDR 5. Для домашних и офисных задач, вполне пригодны карты с памятью GDDR 5 или DDR 4.
Монитор
Монито́р, диспле́й — универсальное устройство визуального отображения всех видов информации. Различают алфавитно-цифровые и графические мониторы, а также монохромные мониторы и мониторы цветного изображения — активно-матричные и пассивно-матричные ЖКМ.
Виды мониторов.
Сегодня самый распространенный тип мониторов — это CRT (Cathode ray tube) мониторы. В основе всех подобных мониторов лежит катодно-лучевая трубка, но технически правильно говорить электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). Используемая в этом типе мониторов технология была создана много лет назад и первоначально создавалась в качестве специального инструментария для измерения переменного тока, проще говоря — осциллографа. Развитие этой технологии применительно к созданию мониторов за последние годы привело к производству все больших по размеру экранов с высоким качеством и при низкой стоимости. Сегодня найти в магазине 14″ монитор очень сложно, а ведь года три четыре назад это был стандарт. Сегодня наблюдается явная тенденция в сторону 17″ экранов. Рассмотрим принципы работы CRT мониторов. CRT монитор имеет стеклянную трубку, внутри которой находится вакуум. С фронтальной стороны внутренняя часть стекла трубки покрыта люминофором. Для создания изображения в CRT мониторе используется электронная пушка, которая испускает поток электронов сквозь металлическую маску или решетку на внутреннюю поверхность стеклянного экрана монитора, которая покрыта разноцветными люминофорными точками. Поток электронов на пути к фронтальной части трубки проходит через модулятор интенсивности и ускоряющую систему, работающие по принципу разности потенциалов. В результате электроны приобретают большую энергию, часть из которой расходуется на свечение люминофора. Эти светящиеся точки люминофора формируют изображение, которое вы видите на вашем мониторе. В цветном CRT мониторе используется три электронные пушки. Люминофорный слой, покрывающий фронтальную часть электронно-лучевой трубки, состоит из очень маленьких элементов. Эти люминофорные элементы воспроизводят основные цвета. Фактически имеются три типа разноцветных частиц, чьи цвета соответствуют основным цветам: красный, зеленый и синий. Каждая из трех пушек соответствует одному из основных цветов и посылает пучок электронов на различные частицы люминофора, чьё свечение основными цветами с различной интенсивностью комбинируется, и в результате формируется изображение с требуемым цветом. Например, если активировать красную, зеленую и синюю люминофорные частицы, то их комбинация сформирует белый цвет. Для управления электронно-лучевой трубкой необходима и управляющая электроника, качество которой во многом определяет и качество монитора. Кстати, именно разница в качестве управляющей электроники, создаваемой разными производителями, является одним из критериев, определяющих разницу между мониторами с одинаковой электронно-лучевой трубкой. Понятно, что электронный луч, предназначенный для красных люминофорных элементов, не должен влиять на люминофор зеленого или синего цвета. Чтобы добиться такого действия, используется специальная маска, чья структура зависит от типа кинескопов, обеспечивающая дискретность (растровость) изображения. ЭЛТ можно разбить на два класса: трехлучевые с дельтаобразным расположением электронных пушек и с планарным расположением электронных пушек. В этих трубках применяются щелевые (Slot mask) и теневые маски (Shadow mask). Теневая маска (Shadow mask) — это самый распространенный тип масок для CRT мониторов. Теневая маска состоит из металлической сетки перед частью стеклянной трубки с люминофорным слоем. Отверстия в металлической сетке работают как прицел, именно этим обеспечивается то, что электронный луч попадает только на требуемые люминофорные элементы и только в определенных областях. Теневая маска создает решетку с однородными точками, где каждая такая точка состоит из трех люминофрных элементов основных цветов — зеленного, красного и синего, которые светятся с различной интенсивностью под воздействием лучей из электронных пушек. Минимальное расстояние между люминофорными элементами одинакового цвета называется шаг точки (dot pitch) и является индексом качества изображения. Шаг точки обычно измеряется в миллиметрах. Чем меньше значение шага точки, тем выше качество воспроизводимого на мониторе изображения. Теневая маска применяется в большинстве современных мониторов. Щелевая маска (Slot mask) — это технология широко применяется компанией NEC. В данном случае люминофорные элементы расположены в вертикальных эллиптических ячейках, а маска сделана из вертикальных линий. Фактически вертикальные полосы разделены на эллиптические ячейки, которые содержат группы из трех люминофорных элементов трех основных цветов. Минимальное расстояние между двумя ячейками называется щелевым шагом (slot pitch). Чем меньше значение щелевого шага, тем выше качество изображения на мониторе. Кроме мониторов NEC, щелевая маска также используется в мониторах Panasonic. Есть и еще один вид трубок, в которых используется «Aperture Grill» (апертурная или теневая решетка). Эти трубки стали известны под названием Trinitron и впервые были представлены на рынке компанией Sony еще в 1982 году. В трубках с апертурной решеткой применяется оригинальная технология, где имеется три лучевые пушки, три катода и три модулятора, но при этом имеется одна общая фокусировка. Это решение не включает в себя металлическую решетку с отверстиями, как в случае с теневой маской, а имеет решетку из вертикальных линий. Вместо точек с люминофорными элементами трех основных цветов, апертурная решетка содержит серию нитей, состоящих из люминофорных элементов выстроенных в виде вертикальных полос трех основных цветов. Такая система обеспечивает высокую контрастность изображения и хорошую насыщенность цветов, что вместе обеспечивает высокое качество мониторов с трубками на основе этой технологии. Минимальное расстояние между полосами люминофора одинакового цвета называется шагом полосы (strip pitch) и измеряется в миллиметрах. Чем меньше значение шага полосы, тем выше качество изображения на мониторе. Заметим, что нельзя напрямую сравнивать размер шага для трубок разных типов: шаг точек трубки с теневой маской измеряется по диагонали, в то время как шаг апертурной решетки, иначе называемый горизонтальным шагом точек, — по горизонтали. Поэтому при одинаковом шаге точек трубка с теневой маской имеет большую плотность точек, чем трубка с апертурной решеткой. А вот расстояние между отверстиями маски измеряется в миллиметрах. Чем меньше шаг точки, тем лучше монитор: изображения выглядят более четкими и резкими, контуры и линии получаются ровными и изящными. Стандартной для 14″ монитора является величина равная 0,28 мм, встречаются также 0,26; 0,21; 0,31; 0,22 мм и др
LCD (Liquid crystal display) мониторы сделаны из вещества, которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам. Фактически это жидкости, обладающие анизотропией свойств, связанных с упорядоченностью в ориентации молекул. Молекулы жидких кристаллов под воздействием электричества могут изменять свою ориентацию и вследствие этого изменять свойства светового луча проходящего сквозь них. Основываясь на этом открытии и в результате дальнейших исследований, стало возможным обнаружить связь между повышением электрического напряжения и изменением ориентации молекул кристаллов для обеспечения создания изображения. Первое свое применение жидкие кристаллы нашли в дисплеях для калькуляторов и в кварцевых часах, а затем их стали использовать в мониторах для портативных компьютеров. Сегодня, в результате прогресса в этой области, начинают получать все большее распространение LCD мониторы для настольных компьютеров. Экран LCD монитора представляет собой массив маленьких сегментов (называемых пикселями), которые могут манипулироваться для отображения информации. Технологические новшества позволили ограничить их размеры величиной маленькой точки, соответственно на одной и той же площади экрана можно расположить большее число электродов, что увеличивает разрешение LCD монитора, и позволяет нам отображать даже сложные изображения в цвете. Для вывода цветного изображения необходима подсветка монитора сзади так, чтобы свет порождался в задней части LCD дисплея. Это необходимо для того, чтобы можно было наблюдать изображение с хорошим качеством, даже если окружающая среда не является светлой. Цвет получается в результате использования трех фильтров, которые выделяют из излучения источника белого света три основные цвета. Комбинируя три основные цвета для каждой точки или пикселя экрана, появляется возможность воспроизвести любой цвет. Первые LCD дисплеи были очень маленькими, около 8 дюймов, в то время как сегодня они достигли 15″ размеров для использования в ноутбуках, а для настольных компьютеров производятся 19″ и более LCD мониторы. Вслед за увеличением размеров следует увеличение разрешения, следствием чего является появление новых проблем, которые были решены с помощью появившихся специальных технологий. Одной из первых проблем была необходимость стандарта в определении качества отображения при высоких разрешениях. Первым шагом на пути к цели было увеличение угла поворота плоскости поляризации света в кристаллах с 90° до 270° с помощью STN (Super twisted nematic) технологии.. Технология STN позволяет увеличить угол кручения ориентации кристаллов внутри LCD дисплея с 90° до 270°, что обеспечивает лучшую контрастность изображения при увеличении размеров монитора. Вкратце о разрешении LCD мониторов. Это разрешение одно и его еще называют native, оно соответствует максимальному физическому разрешению CRT мониторов. Именно в native разрешении LCD монитор воспроизводит изображение лучше всего. Это разрешение определяется размером пикселей, который у LCD монитора фиксирован. При этом есть возможность использовать и более низкое, чем native, разрешение. Для этого есть два способа. Первый называется центрирование. Суть метода в том, что для отображения изображения используется только то количество пикселей, которое необходимо для формирования изображения с более низким разрешением. В результате изображение получается не во весь экран, а только в середине. Все неиспользуемые пиксели остаются черными, т.е. вокруг изображения образуется широкая черная рамка. Второй метод называется растяжение. Суть его в том, что при воспроизведении изображения с более низким, чем native, разрешением, используются все пиксели, т.е. изображение занимает весь экран. Однако из-за того, что изображение растягивается на весь экран, возникают небольшие искажения, и ухудшается резкость. Поэтому при выборе LCD монитора важно четко знать, какое именно разрешение вам нужно. К преимуществам LCD мониторов можно отнести то, что они действительно плоски в буквальном смысле этого слова, а создаваемое на их экранах изображение отличается четкостью и насыщенностью цветов. Потребляемая и рассеивамая мощность у LCD мониторов существенно ниже, чем у CRT мониторов. Одно разрешение с фиксированным размером пикселей. Оптимально можно использовать только в этом разрешении; в зависимости от поддерживаемых функций расширения или компрессии можно использовать более высокое или более низкое разрешение, но они не оптимальны. Поддерживаются различные разрешения. При всех поддерживаемых разрешениях монитор можно использовать оптимальным образом. Ограничение накладывается только приемлемостью частоты регенерации. Частота регенерации Оптимальная частота 60 Гц, чего достаточно для отсутствия мерцания. Только при частотах свыше 75 Гц отсутствует явно заметное мерцание. Точность отображения цвета Поддерживается True Color и имитируется требуемая цветовая температура. Поддерживается True Color и при этом на рынке имеется масса устройств калибровки цвета, что является несомненным плюсом. Формирование отображения Изображение формируется пикселями, число которых зависят только от конкретного разрешения LCD панели. Шаг пикселей зависит только от размера самих пикселей, но не от расстояния между ними. Каждый пиксель формируется индивидуально, что обеспечивает великолепную фокусировку, ясность и четкость. Изображение получается более целостным и гладким. Пиксели формируются группой точек или полосок. Шаг точки или линии зависит от расстояния между точками или линиями одного цвета. В результате четкость и ясность изображения сильно зависит от размера шага точки или шага линии и от качества CRT. Угол обзора В настоящее время стандартным является угол обзора 120 и выше; с дальнейшим развитием технологий следует ожидать увеличения угла обзора. Отличный обзор под любым углом. Энергопотребление и излучение Практически никаких опасных электромагнитных излучений нет. Уровень потребления энергии примерно на 70% ниже, чем у стандартных CRT мониторов. Всегда присутствует электромагнитное излучение, однако их уровень зависит от того, соответствует ли CRT какому-либо стандарту безопасности. Потребление энергии в рабочем состоянии на уровне 80 Вт. Интерфейс монитора Цифровой интерфейс, однако, большинство LCD мониторов имеют встроенный аналоговый интерфейс для подключения к наиболее распространенным аналоговым выходам видеоадаптеров. Аналоговый интерфейс. Сфера применения Стандартный дисплей для мобильных систем. В последнее время начинает завоевывать место и в качестве монитора для настольных компьютеров. Стандартный монитор для настольных компьютеров. Крайне редко используются в мобильном виде.
Эта технология носит название PDP (Plasma display panels) и FED (Field emission display). Такие крупнейшие производители, как Fujitsu, Matsushita, Mitsubishi, NEC, Pioneer и другие уже начали производство плазменных мониторов с диагональю 40″ и более, причем некоторые модели уже готовы для массового производства. Работа плазменных мониторов очень похожа на работу неоновых ламп, которые сделаны в виде трубки, заполненной инертным газом низкого давления. Плазменные экраны создаются путем заполнения пространства между двумя стеклянными поверхностями инертным газом, например аргоном или неоном. Фактически, каждый пиксель на экране работает как обычная флуоресцентная лампа. Высокая яркость и контрастность наряду с отсутствие дрожания являются большими преимуществами таких мониторов. Кроме того, угол по отношению к нормали, под которым можно увидеть нормальное изображение на плазменных мониторах существенно больше чем 45° в случае с LCD мониторами. Главными недостатками такого типа мониторов является довольно высокая потребляемая мощность, возрастающая при увеличении диагонали монитора и низкая разрешающая способность, обусловленная большим размером элемента изображения. Из-за этих ограничений такие мониторы используются пока только для конференций, презентаций, информационных щитов, т.е. там, где требуются большие размеры экранов для отображения информации.
Есть и еще одна новая технология, это LEP (Light emission plastics) или светящий пластик. На сегодняшний день компания может представить монохромные (желтого свечения) LEP-дисплеи, приближающиеся по эффективности к жидкокристаллическим дисплеям LCD, уступающие им по сроку службы, но имеющие ряд существенных преимуществ: Поскольку многие стадии процесса производства LEP-дисплеев совпадают с аналогичными стадиями производства LCD, производство легко переоборудовать. Кроме того, технология LEP позволяет наносить пластик на гибкую подложку большой площади, что невозможно для неорганического светодиода (там приходится использовать матрицу диодов); Пластик сам излучает свет и ему не нужна подсветка и прочие хитрости, необходимые для получения цветного изображения на LCD-мониторе. Больше того, LEP-монитор обеспечивает 180-градусный угол обзора; Устройство дисплея предельно просто: вертикальные электроды с одной стороны пластика, горизонтальные — с другой. Изменением числа электродов на единицу протяженности по горизонтали или вертикали можно добиваться любого необходимого разрешения, а также, при необходимости, различной формы пиксела; Поскольку LEP-дисплей работает при низком напряжении питания (менее 3 V) и имеет малый вес, его можно использовать в портативных устройствах, питающихся от батарей; LEP-дисплей обладает крайне малым временем переключения (менее 1 микросекунды), поэтому его можно использовать для воспроизведения видеоинформации; Эти преимущества плюс дешевизна привели к возникновению у LEP-технологии достаточно радужных перспектив.
